■ 胡立輝 HU Lihui 張德順 ZHANG Deshun

0 引言

21世紀伊始，人類科技、文化與經(jīng)濟高速發(fā)展，隨之而來的是人口、環(huán)境與發(fā)展壓力，世界進入了一個全新的地質時代——人類世（Anthropocene）[1]。在這個以“人”為核心的時代，生產(chǎn)力高度集聚在人口高密度分布的城市；同時，生物多樣性、可飲用淡水、空氣質量與社會經(jīng)濟發(fā)展等問題，也困擾著城市生態(tài)系統(tǒng)。目前，全球的城市化率約為60%，有一半的世界人口（35億人）生活在城市中；預計到本世紀中葉，城市化率將達70%以上，這其中約95%的城市化進程將發(fā)生在發(fā)展中國家或后發(fā)地區(qū)。

城市是一個復雜的，以人類活動為中心的自然－經(jīng)濟－社會復合生態(tài)系統(tǒng)[2]。城市生態(tài)系統(tǒng)既可看作是單獨生態(tài)系統(tǒng)，也可看作是由不同生態(tài)系統(tǒng)類型組成的復合系統(tǒng)（圖1）[3～5]。遺產(chǎn)地是人類的“共同基礎”（Common Ground），在其周邊建設包容、安全、具有韌性且可持續(xù)的城市，可保護、恢復和促進可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性等，使人類社會轉向可持續(xù)發(fā)展道路。

1 能值分析方法

能值分析方法（EA）是20 世紀80 年代由著名生態(tài)學家奧德姆（Odum H.T. ）提出的[6]，由于能值分析具有共同基準的指標體系，它能有效地有機結合城市生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)、經(jīng)濟、社會三個亞系統(tǒng)。能值分析作為研究生態(tài)系統(tǒng)的量化方法，自創(chuàng)立以來被廣泛應用于不同空間尺度、不同類型的生態(tài)系統(tǒng)中。其中，在空間層面上，包括對國家或區(qū)域[7～10]、城市或者縣域[11]，乃至自然保護區(qū)[12]等地區(qū)；在對象層面上，涵蓋了自然生態(tài)系統(tǒng)[13]、城市生態(tài)系統(tǒng)[14]、農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[15、16]、海洋生態(tài)系統(tǒng)[17、18]、行業(yè)系統(tǒng)[19、20]等多種系統(tǒng)類型。雖然世界遺產(chǎn)地有關于黃山[21]、九寨溝[22]和泰山[23]的能值研究，但大多只針對遺產(chǎn)地內的旅游展開，與周邊城市生態(tài)系統(tǒng)的關聯(lián)研究還相對較少。

圖1 城市復合生態(tài)系統(tǒng)關系概念圖

2 研究區(qū)概況

怒江州容納了寒溫性、暖熱性等植物類型，加上縱向嶺谷的跨緯度分布與山地垂直帶譜，成為地域性植物類型組合最為豐富的地區(qū)之一，也為各種動物的生長繁衍提供了適宜的棲息地，是天然基因庫與生物多樣性熱點區(qū)域。三江并流遺產(chǎn)地的高黎貢山區(qū)、云嶺片區(qū)、貢山片區(qū)、片馬片區(qū)均位于橫斷山脈的怒江州境內。

怒江州全州轄瀘水縣、福貢縣、貢山獨龍族怒族自治縣、蘭坪白族普米族自治縣4個縣，均存在地處邊疆、直過民族、深度貧困等問題，迫切需求社會經(jīng)濟發(fā)展。根據(jù)世界遺產(chǎn)委員會歷年的監(jiān)測報告和決議顯示，三江并流自然保護區(qū)最受關注的威脅因素是水利設施、管理規(guī)劃體系、礦業(yè)。在這樣獨特的區(qū)位與基礎下，研究怒江州城市復合生態(tài)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以1990～2017年《云南統(tǒng)計年鑒》每10年的統(tǒng)計為基礎數(shù)據(jù)來源，利用《云南年鑒》《云南旅游年鑒》《怒江傈僳族自治州年鑒》等進行訂正和查補，統(tǒng)計怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的可更新資源、不可更新資源、進出口額、旅游收入及三廢的排放數(shù)量。能值轉換率來自前期研究[6、21、24]，在此基礎上，根據(jù)當前的匯率與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展情況，對能值轉換率與能值貨幣比率進行了系數(shù)調整。

3.2 研究方法

能值分析方法通過將復合系統(tǒng)中不同類別和性質的能量與物質直接或間接轉化為太陽能值[25]，即量綱的歸一化處理，使它可以對由自然環(huán)境和人類經(jīng)濟活動交叉形成的城市復合生態(tài)系統(tǒng)進行量化分析。本次能值核算包括可更新資源能值、不可更新資源能值、輸入能值、輸出能值和廢棄物能值。另外，建立了城市復合生態(tài)系統(tǒng)及其亞系統(tǒng)的評價指標體系（表1）。

（1）可更新資源能值包括太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能、地球循環(huán)能、農林畜水等產(chǎn)品。由于環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)，為排除能值重復計算，取其中最大能值——雨水化學能代表環(huán)境可更新資源能值。

（2）不可更新資源能值包括研究區(qū)域表土層年損失、工業(yè)、建筑業(yè)、農業(yè)以及居民日常生活的能值消耗。

（3）輸入、輸出能值主要包括對進出口產(chǎn)品、服務與貨幣所轉換的能值。

（4）因為廢棄物分解會消耗系統(tǒng)能值，統(tǒng)計固、液、氣態(tài)廢棄物排放量作為廢物能值。

（5）能值總量包含可更新資源能值、不可更新資源能值與輸入能值，它能夠代表某一時期特定系統(tǒng)所擁有的可供支配能值資源。

表1 城市復合生態(tài)系統(tǒng)能值分析指標體系

4 結果分析

4.1 能值指標分析

4.1.1社會亞系統(tǒng)評價指標

（1）能值自給率（ESR）表征系統(tǒng)對內部自然環(huán)境的依賴程度。能值自給率越高，說明系統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展對自然環(huán)境資源的利用度越高。從圖2可以看出，1990年，怒江州的能值自給率為0.98，接近于1，說明怒江州自然資源豐富，自給自足；但同時也說明對自然資源過度依賴，外部能值輸入不足，城市生態(tài)系統(tǒng)過于封閉。2016年，怒江州能值自給率下降至0.61，內部自然資源與外部系統(tǒng)的能值交流增加，但相對于其他地區(qū)而言，依舊具有較高的能值自給率。

（2）能值產(chǎn)出率（EYR）是系統(tǒng)反饋投入效益率和系統(tǒng)競爭力。能值產(chǎn)出率越高，表明單位產(chǎn)出能值所需的復合系統(tǒng)總能值越少，生產(chǎn)效率越高，系統(tǒng)競爭力越強。怒江州的能值產(chǎn)出率從1990年的53.0快速下降至2000年的10.4，2000年后開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)（圖2）。由于怒江州地處邊境，轄區(qū)4縣均為國家級貧困縣，城市基礎設施條件較差，前期國家財政對其投入較大，但隨著城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，能值產(chǎn)出率正在逐步增加。能值交易率（ETR）即輸入能值與輸出能值的比值，也呈現(xiàn)同樣的趨勢。

（3）人均能值（EP）反映了城市生態(tài)系統(tǒng)內人們的生活水平，人均能值越高，說明系統(tǒng)內人均占有的能值越多，生活質量就越高。能值密度（ED）反映了城市經(jīng)濟發(fā)展強度和等級，能值密度越高，說明區(qū)域的能值集約度越高，發(fā)展等級越高。能值貨幣比（EG）是能值總量與當年國民生產(chǎn)總值的比值，反映了經(jīng)濟系統(tǒng)現(xiàn)代化程度。根據(jù)分析，怒江州無論人均能值、能值密度，還是能值貨幣比，均顯示其區(qū)域系統(tǒng)經(jīng)濟強度與現(xiàn)代化程度都在增加，人們的生活水平也有顯著提高（圖3）。

圖2 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出率、交易率、自給率變化趨勢

圖3 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值密度、貨幣比與人均能值變化趨勢

4.1.2 自然亞系統(tǒng)評價指標

（1）環(huán)境負載率（ELR）是權衡自然環(huán)境承受力與系統(tǒng)能值利用水平的標志。環(huán)境負載率越大，表明系統(tǒng)自然環(huán)境承受的壓力越大，能值利用強度與科技水平越高。但如果環(huán)境負載率過高或者長期處于較高壓力，會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成城市生態(tài)系統(tǒng)的功能退化甚至喪失，且不可逆轉。1990～2016年，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負載率為0.21～1.78，遠低于東部大城市（圖4）；但相較于甘南州（2018年0.51）[26]、泰安（2012年1.35）[23]，怒江州的環(huán)境壓力并不小，且有逐漸增大的趨勢。這與怒江州特殊的縱向嶺谷自然生態(tài)本底條件及目前開發(fā)時高頻的人為干擾有密切關系。

（2）可更新能值比（RER）用以判斷系統(tǒng)自然環(huán)境的利用潛力和社會經(jīng)濟發(fā)展水平。怒江州1990年、2000年、2010年、2016年的可更新能值比分別為0.82、0.73、0.4、0.36（圖4），說明在當下的科技水平下，生態(tài)系統(tǒng)內可利用的自然環(huán)境資源日漸減小，且系統(tǒng)內社會經(jīng)濟發(fā)展水平日益提高。

圖4 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境負荷變化趨勢

圖5 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)人口壓力與實際人口數(shù)量

圖6 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展變化趨勢

（3）能值投資率（EIR）表征系統(tǒng)內自然基礎對經(jīng)濟活動的容受力和經(jīng)濟發(fā)展程度。怒江州1990年能值投資率僅為0.02，遠低于其他地區(qū)的相應值。隨著不可更新資源與外部能值輸入的增加，經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境的依賴程度逐漸減小，到2016年，能值投資率增加到0.65，但相較其他地區(qū)依舊偏低（圖4）。

（4）人口承受力（ELC）反映系統(tǒng)自然環(huán)境的人口承受能力；人口承載量（ECC）主要是指當前科技水平下的環(huán)境資源可容人口量；實際人口數(shù)量（ACP）為當年統(tǒng)計的區(qū)域年末人口總數(shù)。從圖5可以看出，1990～2016年，怒江州實際人口逐年上升，遠遠大于人口承載量；而整個怒江州的人口承受力更是逐年減小，兩者的人口差值越來越大。

4.1.3可持續(xù)發(fā)展指標評價

（1）能值可持續(xù)指標（ESI）為能值產(chǎn)出率和環(huán)境負荷率之比，用于判斷城市復合系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性[27]。但可持續(xù)發(fā)展指標與系統(tǒng)發(fā)展并非呈簡單的線性關系。當ESI＞10時，表示該系統(tǒng)的經(jīng)濟情況落后；當ESI值處于1～10時，表示城市生態(tài)系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?；當ESI＜1時，則為消費型系統(tǒng)[14、28]。怒江州的能值可持續(xù)指標從1990年象征極度不發(fā)達的246.5，以2000年的27.6為拐點，發(fā)展到2016年的1.4，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)進入一個富有活力且具有可持續(xù)性狀態(tài)（圖6）。

（2）能值可持續(xù)發(fā)展指標（EISD）為能值產(chǎn)出率與能值交換率的乘積與環(huán)境負荷率之比，是系統(tǒng)實際的可持續(xù)發(fā)展能力。這個指數(shù)是一個可同時兼顧社會經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境壓力的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能的復合評價指標。怒江州的實際可持續(xù)發(fā)展指標表明（圖6），2010年以后，系統(tǒng)的環(huán)境壓力明顯增加，系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢偏向不可持續(xù)的消費型城市生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 三元相圖分析

相圖最開始用于化學溶液或金屬合金中多種物質成分共存且處于平衡狀態(tài)的圖示表達，后廣泛應用于物理學、材料化學與地理學。國外學者將生態(tài)系統(tǒng)的能值問題用三元相圖來表達與分析，定義并闡述了相圖中各特征曲線所描述的復合系統(tǒng)生產(chǎn)過程與自然環(huán)境、經(jīng)濟社會之間的相互關系，更加有利于反映出不同的資源開發(fā)與利用模式下，系統(tǒng)資源的配置比例和發(fā)展態(tài)勢[29、30]。

4.2.1 系統(tǒng)能值利用結構分析

圖7為1990～2016年怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的能值利用結構變化相圖。從1990年的R∶N∶F = 82.3∶15.8∶1.9， 到2016年 時R∶N∶F = 36.0∶24.8∶39.2，可以看出，怒江州能值利用結構的變化是非常劇烈的。外來反饋投入所占比例較最初值增長了約20倍，這與怒江州原有的經(jīng)濟基礎，與后期西部開發(fā)、扶貧戰(zhàn)略等國家政策密切相關；對于自然資源的利用減少了一半，說明怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)有明顯的發(fā)展；對可更新自然資源的利用比例甚至還減小了，這可能與遺產(chǎn)地設立后，對林木采伐、水資源開發(fā)、保護區(qū)等方面管理的加強有關。

4.2.2 系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展線分析

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）的定義與計算公式，ESI數(shù)值相等的線在三元相圖中被定義為可持續(xù)發(fā)展曲線。如果以三元相圖的不可更新資源N點為起點，向著可更新資源與反饋投入的RF邊方向移動，形成可持續(xù)發(fā)展曲線族；且越靠近R點，ESI值越大；越靠近F點，ESI值越小。根據(jù)前期研究，不同ESI數(shù)值代表了城市復合生態(tài)系統(tǒng)所處的不同發(fā)展階段（表2），系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)位于不同區(qū)域則表明其處于不同的可持續(xù)發(fā)展性能水平[31～33]。

圖8顯示了1990～2016年怒江州復合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)所在區(qū)域，反映出系統(tǒng)所在的不同可持續(xù)性發(fā)展階段。1990～2000年，怒江州的復合生態(tài)系統(tǒng)處于Ⅰ類區(qū)域，社會發(fā)展階段處于初級，對資源利用不夠充分。2010～2016年，直接系統(tǒng)進入可持續(xù)發(fā)展階段，而2016年的ESI=1.4，已經(jīng)接近于可持續(xù)發(fā)展區(qū)域的下限，且2010～2016年該可持續(xù)性指數(shù)快速降低，說明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能處于下行通道。

表2 不同ESI值所代表的不同城市生態(tài)系統(tǒng)所處發(fā)展階段

5 結論

綜上所述，在分析怒江州生態(tài)系統(tǒng)能量流動的基礎上，建立反映城市復合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的評價指標體系，并采用多種方法與角度對能值分析的結果進行對比與擬合，從中可以得出如下結論。

圖7 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值利用結構變化相圖

圖8 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)ESI所處不同可持續(xù)發(fā)展階段相圖

5.1 社會經(jīng)濟發(fā)展程度

正如境內的直過民族社會，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)從初級階段快速發(fā)展至成熟階段，系統(tǒng)內經(jīng)濟活動強度、現(xiàn)代化程度與居民生活水平有顯著提高。但由于環(huán)境限制與基礎條件薄弱，相較東部其他地區(qū)依舊有很大的發(fā)展空間。遺產(chǎn)地周邊的友好發(fā)展對世界遺產(chǎn)的保護與管理有著巨大裨益。

5.2 自然環(huán)境壓力

根據(jù)能值投資率（EIR），怒江州內自然環(huán)境對經(jīng)濟活動的容受力遠低于其他地區(qū)的相應值。但對比其他遺產(chǎn)地城市，如泰安等，怒江州的環(huán)境壓力并不小，且有逐漸增大的趨勢。怒江州的生態(tài)本底敏感脆弱，或許并不適合高頻、高強度的現(xiàn)代城市擴展模式，需要繡花式地開展城市生態(tài)系統(tǒng)的建設與管理。

5.3 可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)

怒江州能值可持續(xù)指標從1990年象征極度不發(fā)達的246.5，到2016年象征活力且可持續(xù)性的1.4，僅用了不到30年的時間，這個發(fā)展速度是迅速的。但伴隨這個速度的是，2010年以后系統(tǒng)的環(huán)境壓力明顯增加，可持續(xù)發(fā)展性能處于下行通道，系統(tǒng)發(fā)展偏向不可持續(xù)的消費型城市。這對于地處邊陲、可耕地少、環(huán)境脆弱的怒江州及三江并流保護區(qū)都是一個黃色警告?；A條件限制其成為完全依賴型城市生態(tài)系統(tǒng)的可能，如何與環(huán)境、農村及遺產(chǎn)共同發(fā)展，是未來怒江州面臨的重要問題。

6 思考

當前城市與工業(yè)化社會對自然環(huán)境具有雙向的影響，既具有競爭性和寄生性，又會以貨幣流的形式購買生態(tài)系統(tǒng)服務，向自然生態(tài)系統(tǒng)回流能值。現(xiàn)今的城市生態(tài)系統(tǒng)，是一種人類統(tǒng)治下的技術型生態(tài)系統(tǒng)。當這個系統(tǒng)無力支付生態(tài)系統(tǒng)服務時，如大氣、土壤、淡水和礦產(chǎn)資源等被過度利用，系統(tǒng)就會處于不穩(wěn)定狀態(tài)。尤其在那些欠發(fā)達國家或地區(qū)，城市以爆炸式的形式增長，正嚴重威脅著支撐該地區(qū)甚至全球的生態(tài)系統(tǒng)。

在整個人類社會發(fā)展的歷程中，城市起著中樞的作用，某一高效的城市規(guī)劃與管理可以支撐起一個時代的文明；而世界自然遺產(chǎn)是對全人類都有突出普遍價值的自然景觀、地質結構和瀕危動植物棲息地。對于城市與自然遺產(chǎn)的關系認知，不能像以往那樣是分離的，甚至是對立的，需要深入挖掘世界自然遺產(chǎn)與城市之間的結構、功能和關聯(lián)，因為它影響著整個人類的發(fā)展與未來。城市復合生態(tài)系統(tǒng)是極其脆弱敏感的，人或自然的局部利益不能大于系統(tǒng)整體利益，在任何一種情況下，都應考慮關鍵組成部分之間的聯(lián)系及其在空間和時間尺度上的聯(lián)系。如何引導城市復合生態(tài)系統(tǒng)進入一個互惠的平衡狀態(tài)，將是21世紀人類面臨的最大挑戰(zhàn)。